(57)【要約】【課題】  内燃機関の各気筒におけるθPmaxを検出すること。【解決手段】  内燃機関の燃焼室に設けられた圧力検出手段と、内燃機関のモータリング圧力を推定する推定手段と、圧力検出手段の出力に基づいて検出される筒内圧力と、推定手段により推定される圧力との差が所定値を超える時点を燃焼開始時点として検出する燃焼開始検出手段と、を備え、燃焼開始検出手段によって検出された燃焼開始時点の後に、圧力検出手段の出力に基づいて検出される筒内圧力が最大となる時点のクランク角度を燃焼による最大筒内圧力に対応するクランク角度として検出するよう構成された内燃機関の制御装置。   【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を制御するための制御装置であって、
前記内燃機関の燃焼室に設けられた圧力検出手段と、
前記内燃機関のモータリング圧力を推定する推定手段と、
前記圧力検出手段の出力に基づいて検出される筒内圧力と、前記推定手段により推定される圧力との差が所定値を超える時点を燃焼開始時点として検出する燃焼開始検出手段と、を備え、
前記燃焼開始検出手段によって検出された燃焼開始時点の後に、前記圧力検出手段の出力に基づいて検出される前記筒内圧力が最大となる時点のクランク角度を燃焼による最大筒内圧力に対応するクランク角度として検出するよう構成された、制御装置。
【請求項２】
内燃機関を制御するための制御装置であって、
前記内燃機関の燃焼室に設けられた圧力検出手段と、
前記内燃機関のモータリング圧力を推定する推定手段と、
前記内燃機関の気筒の上死点において前記圧力検出手段の出力に基づいて検出される前記筒内圧力と前記推定手段により推定される圧力との差分を算出する算出手段と、とを備え、
前記差分が所定値以下であるならば、前記差分が最大となる時点のクランク角度を燃焼による最大筒内圧力に対応するクランク角度として検出するよう構成された、制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒内圧センサを用いて各気筒毎の最大筒内圧力に対応するクランク角を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
目標の所定クランク角に点火時期フィードバックを行うために、筒内圧センサを用いて各気筒毎の最大筒内圧力を検出して、そのときのクランク角を検出することが行われている。このとき、始動後急速暖機を目的とした点火時期リタード運転時などのようにエンジン出力を抑えた制御をする場合は、ピストンの上死点付近またはその後に点火が行われ、燃焼により発生する圧力が小さいのでピストンの上死点での圧力が最大筒内圧力として検出されてしまう。
【０００３】
上記点火時期リタード運転時に、上死点での圧力を最高圧力と誤検出しないようにする技術が特許文献１に提案されている。特許文献１には、エンジンの燃焼圧力を検出し、この燃焼圧力の最大値に基づいて燃焼状態を判別するエンジン燃焼検出装置において、シリンダ内における最高圧力と上死点における圧力とが等しいときは、ピストンが上死点位置通過後の所定クランク角での圧力を最高圧力とみなして燃焼状態を判別する燃焼検出部を備えたエンジンの燃焼検出装置が記載されている。
【特許文献１】特開昭63-78036号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来技術は、シリンダ内における最高圧力と上死点における圧力とが等しいときは、ピストンが上死点位置通過後の所定クランク角での圧力を最高圧力（Ｐmax）とみなして燃焼状態を判別するものであり、現実の燃焼圧力波形から最大燃焼圧力に対応するクランク角（θPmax）を検出するものではない。
【０００５】
多気筒エンジンにおいて各気筒における燃焼を制御するためには、各気筒におけるθPmaxを検出することが必要となる。この発明は、このような要請に応えるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の制御装置は、一形態（請求項１）では、内燃機関の燃焼室に設けられた圧力検出手段と、内燃機関のモータリング圧力を推定する推定手段と、圧力検出手段の出力に基づいて検出される筒内圧力と、推定手段により推定される圧力との差が所定値を超える時点を燃焼開始時点として検出する燃焼開始検出手段と、を備え、燃焼開始検出手段によって検出された燃焼開始時点の後に、圧力検出手段の出力に基づいて検出される筒内圧力が最大となる時点のクランク角度を燃焼による最大筒内圧力に対応するクランク角度として検出するよう構成されている。
【０００７】
この発明によると、始動後急速暖機を目的とした点火時期リタード運転時でもθPmaxを正しく検出することができる。
【０００８】
この発明の制御装置は、一形態（請求項２）では、内燃機関の燃焼室に設けられた圧力検出手段と、内燃機関のモータリング圧力を推定する推定手段と、内燃機関の気筒の上死点において圧力検出手段の出力に基づいて検出される筒内圧力と推定手段により推定される圧力との差分を算出する算出手段と、を備え、この差分が所定値以下であるならば、この差分が最大となる時点のクランク角度を燃焼による最大筒内圧力に対応するクランク角度として検出するよう構成されている。
【０００９】
この発明によると、始動後急速暖機を目的とした点火時期リタード運転時にθPmaxを正しく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に図面を参照して、この発明の実施例を説明する。図１は、この発明の制御装置の全体的構成を示すブロック図である。電子制御ユニット１０は、中央演算装置（CPU）を備えたコンピュータである。電子制御ユニットは、コンピュータ・プログラムを格納する読取専用メモリ（ROM）およびプロセサに作業領域を提供し、データおよびプログラムを一時記憶するランダムアクセス・メモリ（RAM）を備えている。入出力インタフェイス１１は、エンジンの各部から検出信号を受け取って、A/D（アナログ・ディジタル）変換を行って次の段階に渡す。また、入出力インタフェイス１１は、CPUの演算結果に基づく制御信号をエンジンの各部に送る。図１では、電子制御ユニットをこの発明に関連する機能を示す機能ブロックで示している。
【００１１】
最初に図２を参照して、この発明で行うクランク角検出の原理を説明する。図２は、通常運転時におけるクランク角度-180度から180度の領域における気筒の燃焼室の圧力を示しており、およそクランク角度-180度から０度の範囲が圧縮行程であり、０度から180度までが膨張（燃焼）行程である。曲線１は、エンジンの１つの気筒のモータリング圧力（燃焼がない時の圧力）の推移を示し、曲線３は、同じ気筒において正常な燃焼が行われたときの筒内圧力の推移を示す。クランク角０度が上死点であり、モータリング圧力は上死点でピークとなり、燃焼時の筒内圧力（曲線３）は、上死点手前で点火後、着火を経て上死点を少し過ぎた時点でピークとなる。このように、通常運転時には、圧力のピークをできるだけ高くするために、上死点の少し手前で点火する制御を行っている。
【００１２】
まず、圧縮行程において上死点に達する前の期間、たとえば図２に”a”で示す期間において、筒内圧力検出手段（図１の筒内圧力センサ１２）の検出出力を補正する補正式のパラメータを同定する。黒色のドット５は、筒内圧力センサ１２による検出出力を示す。筒内圧力センサ１２は、エンジンの燃焼室という過酷な環境に置かれており、温度の影響、経年変化などによって特性が変化する。そこで、筒内圧力センサ１２の検出出力がほぼモータリング圧力の曲線１上にくるよう、検出出力を補正する。こうして補正された検出出力を白色のドット７で示す。
【００１３】
検出出力の補正は、筒内圧力センサの検出出力PD（θ）に、補正式  PS = PD（θ）k1 + C1 を適用することによって行われる。k1  は補正係数であり、C1 は定数である。この補正式の２つのパラメータk1およびC1は、圧縮行程の、たとえば図２に”a”で示す期間において、モータリング圧力の推定値PMと、筒内圧力センサの検出出力を上述の補正式によって補正した値PSとの差(PM - PS)の二乗が最小になるよう、最小二乗法により演算して算出される。
【００１４】
再び図１を参照すると、筒内圧力センサ１２は、圧電素子であり、エンジンの各気筒（シリンダ）の点火プラグ付近に設けられている。圧力センサ１２は、気筒内の圧力に応じた電荷信号を出力する。この信号をチャージアンプ３１により電圧信号に変換して出力し、ローパスフィルタ３３を介して入出力インタフェイス１１に出力する。入出力インタフェイス１１は、圧力センサ１２からの信号をサンプリング部１３に送る。サンプリング部１３は、この信号を所定の周期、たとえば１０kHz分の１の周期でサンプリングし、サンプル値をセンサ出力検出部１５に渡す。
【００１５】
センサ出力補正部１７は、上述の補正式  PS = PD（θ）k1 + C1 に従って、センサ出力PD（θ）を補正する。センサ出力補正部１７は、補正されたセンサ出力値PSを燃焼圧力検出部４１に渡す。
【００１６】
一方において、燃焼室容積計算部１９は、クランク角θに応じた気筒の燃焼室の容積Vcを次の数式により計算する。
【数１】
2007291959.tif 000003
【００１７】
上の式で、mは、図３の関係から計算される、ピストン8の上死点からの変位を示す。rをクランク半径、l（エル）をコンロッド長とすると、λ=l/r である。Vdeadは、ピストンが上死点にあるときの燃焼室の容積、Apstnは、ピストンの断面積である。
【００１８】
一般に燃焼室の状態方程式は、次の（３）式で表されることが知られている。
【数２】
2007291959.tif 000004
【００１９】
(3)式で、Gは、例えばエアフローメータ、またはエンジン回転数および吸気圧に基づいて得られる吸入空気量、Rは気体定数、Tは、例えば吸気温度センサ、またはエンジン水温などの運転状態に基づいて得られる吸気温度である。ｋは補正係数、Cは定数である。
【００２０】
この発明では、燃焼室の気体状態方程式に基づくモータリング圧力推定値として、たとえばセンサ取り付け部の温度変化等の影響を受けない水晶圧電式の圧力センサを用いて燃焼室の圧力を実測し、この実測値を（３）式と対応させることにより算出されたｋの値ｋ0およびＣの値Ｃ0を求め、これを（３）式に代入して得られる次の（４）式を用いてモータリング圧力を推定する。
【数３】
2007291959.tif 000005
【００２１】
モータリング圧力推定部２０は、基本モータリング圧力計算部２１およびモータリング圧力補正部２２から構成される。基本モータリング圧力計算部２１が（３）式の中の基本項目である基本モータリング圧力GRT/Vを計算する。モータリング圧力補正部２２は、上述のようにして予め求められているパラメータk0およびC0を用いて、基本モータリング圧力を補正する。このパラメータk0およびC0は、吸気管圧力またはエンジン回転数などエンジンの負荷状態を表すパラメータに従って参照することができるテーブルとして用意されている。
【００２２】
なお、モータリング圧力推定部２０は、代替的に、基本モータリング圧力計算部２１のみで構成する形式でもよい。この場合、モータリング圧力ＰＭは、基本モータリング圧力計算部２１が算出した基本モータリング圧力ＧＲＴ／Ｖとなる。
【００２３】
パラメータ同定部２３は、圧縮行程においてモータリング圧力推定部２０が算出するモータリング圧力推定値PMとセンサ出力補正部１７が出力する筒内圧力センサ１２に基づく筒内圧力PSとの誤差(PM-PS)が最小になるよう、最小二乗法によりセンサ出力を補正する補正式のパラメータk1およびC1を同定する。センサ出力検出部１５は、たとえば10kHz分の１の周期で圧力センサの出力をサンプリングし、クランク角度に同期したタイミングでサンプル値の平均値をセンサ出力値PD（θ）として、パラメータ同定部２３に渡す。パラメータ同定部２３は、気筒の圧縮行程において補正式のパラメータを同定する演算を実行する。モータリング圧力補正部から得られるクランク角度に応じたモータリング圧力推定値PM（θ）と、同じクランク角度におけるセンサ出力値PD（θ）に補正式PS = PD（θ）k1 + C1 を適用した値PSとの差の二乗、すなわち（PM（θ） - PD（θ）k1 - C1）2  が最小になる k1 および C1を既知の最小二乗法により求める。
【００２４】
PMの離散値をy(i)で表し、筒内圧力センサから得られる筒内圧力PDのサンプル値（離散値）をx(i)で表すと、P’T=[p’(0),p’(1), …,p’(n)] 、PT=[p(0), p(1), …,p(n)]、X(i)T=[x(0), x(1), …,x(n)]と表される。誤差（P’-P）の離散値の二乗の和は、次の式（５）で表される。サンプル値は、10kHz分の１の周期でとられ、iの値は、たとえば100までの値であり、たとえば10としてもよい。
【数４】
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【００２５】
このFの値を最小にするkおよびCを求めるには、F(k,C)のkおよびCに関する偏微分が０となるkおよびCを求めればよい。これを数式で表すと、次のようになる。
【数５】
2007291959.tif 000007
【００２６】
式(6)および(7)の右辺を整理すると、次のようになる。
【数６】
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【００２７】
これを行列で表現すると、次のようになる。
【数７】
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【００２８】
この式を逆行列を使って変形すると、次のようになる。
【数８】
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【００２９】
ここで、右辺の逆行列は、次の式で表される。
【数９】
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【００３０】
補正部１７は、こうして同定されたパラメータを用いてセンサ出力PD（θ）を補正する。補正された所定クランク角ごとのセンサ出力PS（θ）が燃焼圧力検出部４１に渡される。
【００３１】
燃焼圧力検出部４１は、エンジンの気筒において混合気が燃焼する際の純粋に燃焼によって生じる圧力PC（θ）を算出する。図２を参照すると、筒内圧力センサ１２の出力に基づいて検出される圧力PS（θ）（曲線３）は、燃焼がないときの気筒圧力であるモータリング圧力PM（θ）に、燃焼によって生じる圧力PC（θ）を加算したものになっている。したがって、PC（θ）=  PS（θ）- PM（θ）の演算式によりPC（θ）を算出することができる。
【００３２】
図４を参照すると、燃焼開始時点検出部４３は、吸入空気圧力PBをパラメータとするテーブルから燃焼開始ポイントを判定するための判定値DP_Cを検索し（S101）、上記のようにして算出された燃焼圧力PC（θ）(S103)がこの判定値を超えると（S105）、着火フラグを１にセットする(S105)。混合気の燃焼開始時点付近では、算出される燃焼圧力PC（θ）が振動するので、この場合は最初にPC（θ）が判定値を超えたときのクランク角度を着火時点として用いることにし、この角度をθ_DLY_bsで表す(S111)。
【００３３】
θPmax検出部４５は、燃焼開始時点検出部４３が着火時点θ_DLY_bsを検出すると、この着火時点θ_DLY_bs以降で最大となるセンサ出力PS（θ）を筒内最大圧力PS（θ）maxとして検出し（Ｓ１１３）、その時点のクランク角度を筒内最大圧力に対応するクランク角度θPmaxとして検出する（Ｓ１１５）。
【００３４】
ここで図２を参照すると、通常運転時には、上死点を少し過ぎたピーク時点が筒内最大圧力PS（θ）maxとして検出され、その時点のクランク角度が筒内最大圧力に対応するクランク角度θPmaxとして検出される。
【００３５】
図５は、急速暖機のための点火時期リタード運転時における圧力とクランク角との関係を示す図である。図５において、曲線ＰＭ、曲線ＰＳは、それぞれモータリング圧力とセンサ出力とを示している。また、ａは点火時点を示し、ｂは着火時点を示し、ｃは筒内最大圧力となる時点を示している。
【００３６】
急速暖機のための点火時期リタード運転では、一般に、図５に示すように点火時点ａがクランク角０度の上死点経過後となるよう制御している。このとき、燃焼開始時点検出部４３は着火時点ｂにおいて着火を検出する。θPmax検出部４５は、着火時点ｂを検出した後でセンサ出力ＰＳが最大となる時点を筒内最大圧力となる時点ｃとして検出し、筒内最大圧力の検出時点ｃでのクランク角度をθPmaxとして検出する。
【００３７】
さらに、以下の態様でθPmaxを検出することも可能である。図６は、この発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。図６において図１と同一符号であるものは同一構成を示すものとし、その説明を省略する。図７は、この発明の他の実施形態を示すフローチャートである。
【００３８】
図６、７において、差分判定部４７は、燃焼圧力検出部４１までの処理によって算出された燃焼圧力PC（θ）が上死点において所定値以下であるか否かを判定することによりシリンダ内における最高圧力と上死点における圧力とが等しいか否かを判定する（Ｓ１２１）。所定値以下でないならば、このθPmax算出処理を終える。
【００３９】
PC（θ）最大値検出部４９は、差分判定部４７において燃焼圧力PC（θ）が所定値以下（たとえばゼロ）であると判定された場合は、この運転は点火時期リタード運転中であると判定し、その後、PC（θ）が最大値となる時点を検出する。
【００４０】
θPmax検出部５１は、PC（θ）最大値検出部４９においてPC（θ）が最大値となる時点を検出し、この検出時点のクランク角をθPmaxとして検出する。
【００４１】
図８は、急速暖機のための点火時期リタード運転時における圧力とクランク角との関係を示す図である。図８において、曲線ＰＭ、曲線ＰＳ、曲線ＰＣは、それぞれモータリング圧力、センサ出力、燃焼圧力を示している。また、ｄは燃焼圧力が最大となる時点を示している。
【００４２】
急速暖機のための点火時期リタード運転では、一般に、図８に示すように点火時点が上死点経過後となっているため、上死点においては燃焼圧力はゼロである。差分判定部４７により燃焼圧力ＰＣが上死点においてゼロであると判定された場合は、PC（θ）最大値検出部４９は、燃焼圧力ＰＣが最大となる時点ｄを検出する。この燃焼圧力ＰＣが最大となる時点ｄには、センサ圧力ＰＳも最大となっている。θPmax検出部５１は、検出された燃焼圧力ＰＣが最大となる時点ｄに対応するクランク角度をθPmaxとして検出する。
【００４３】
以上にこの発明を具体的な実施例について説明したが、この発明はこのような実施例に限定されるものでなく、また、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのいずれに対しても使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の第１の実施形態の機能ブロック図。
【図２】モータリング圧力曲線および点火を生じたときの圧力曲線を表す図。
【図３】ピストン位置を計算するための概念図。
【図４】第１の実施形態のクランク角算出の流れを示すフローチャート。
【図５】第１の実施形態における点火時期リタード運転中の圧力とクランク角との関係を示す図。
【図６】この発明の代替的実施形態の機能ブロック図。
【図７】代替的実施形態のクランク角算出の流れを示すフローチャート。
【図８】代替的実施形態における点火時期リタード運転中の圧力とクランク角との関係を示す図。
【符号の説明】
【００４５】
１０      電子制御ユニット（ECU）
１２      筒内圧力センサ
１５      センサ出力検出部
１９      燃焼室（シリンダ）容積計算部
２０      モータリング圧力推定部
４１      燃焼圧力算出部
４３      燃焼開始時点検出部
４５，５１      θPmax検出部
４７      差分判定部
４９      PC（θ）最大値検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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